JP4074098B2

JP4074098B2 - Inkjet airbrush system

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Publication number: JP4074098B2
Application number: JP2002020099A
Authority: JP
Inventors: ブレア・エム・ケント
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 2001-01-31
Filing date: 2002-01-29
Publication date: 2008-04-09
Anticipated expiration: 2022-01-29
Also published as: EP1228811A2; US6406121B1; US6394575B1; EP1228810A2; JP2002320881A; EP1228811A3; JP2002240268A; EP1228810A3

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、一般に、従来と異なる新しい環境において使用されるインクジェットプリント技術であって、エアブラシ塗装における色混合に関する。
【０００２】
【従来の技術】
これまで別個であった２つの技術の融合に取り組むことにより、特許性のあるいくつかの新しい概念が生み出された。そのような新しい概念の詳細を詳しく説明する前に、従来のエアブラシ技術が遭遇したいくつかの課題と共に、従来のインクジェット技術の簡単な考察をすることが有用であろう。
従来のインクジェットプリント機構は、しばしば「ペン」と呼ばれるカートリッジを使用し、このペンは、本明細書全体において「インク」と呼ばれる液体の着色剤の滴をページ上に発射する。各カートリッジは、インク滴を発射するきわめて小さいノズルで構成されたプリントヘッドを備える。プリントヘッドは、「双方向プリントヘッド」システムにおいてガイド・ロッドに沿って前後にスライドするキャリッジ内に保持され、ページ（プリント媒体）は、プリントヘッドの各通過の間に段階的に前送りされることが最も多い。たとえば、紙媒体上に画像をプリントするとき、プリントヘッドは、ページを横切って左右に推進され、移動しながらインクの滴を所望のパターンで発射する。「ページ幅アレイ」プリンタとして知られる他のプリントシステムは、プリントヘッドを固定位置でページの端から端まで拡張し、媒体がプリントヘッドの下を進むときにプリントする。どちらのタイプのプリントヘッドの中の特定のインク放出機構も、ピエゾ電気技術やサーマルプリントヘッド技術など、当業者に既知の様々な異なる形態をとることができる。
【０００３】
たとえば、以前の２つのサーマル・インク放出機構が、米国特許第５，２７８，５８４号と第４，６８３，４８１号に示されており、これらの特許は両方とも、本譲受人ヒューレット・パッカードに譲渡されている。サーマル・システムにおいて、ノズル・オリフィス板と基板層の間に、インク・チャネルと気化室を備える障壁層がある。この基板層は、一般に、抵抗器などの発熱素子を線形配列に設け、この発熱素子は、気化室内のインクを加熱するために通電される。加熱する際、通電された抵抗器と関連したノズルからインク小滴が放出される。プリントヘッドがページを横切って移動するときに抵抗器に選択的に通電することによって、インクは、プリント媒体上にパターンで放出され、所望の画像（たとえば、絵、図またはテキスト）が形成される。
【０００４】
一般にカートリッジによって分配される色は、ブラック、シアン、イエローおよびマジェンタであり、得られる画像の色は、インク小滴がページに衝突するときにこれらの４つの色を混合することによって得られる。最近、カリフォルニア州パロアルトのヒューレット・パッカード社は、インクジェット・プリンタ・モデルＤｅｓｋＪｅｔ（登録商標）６９３Ｃとして、画像形成カートリッジ・システムを紹介した。これは、シアン、マジェンタおよびイエローの完全な染料材料を保持する３色カートリッジと、３色画像形成カートリッジと交換可能なブラック・カートリッジを使用する２ペン・プリンタである。この画像形成カートリッジは、最大または最大でない染料材料濃度（ｒｅｄｕｃｅｄｄｙｅ−ｌｏａｄｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ）のブラック・インクと共に、シアンやマジェンタなどの低い染料材料濃度のいくつかの色を保持する。この画像形成カートリッジによって、プリンタは、より連続した階調変化、特に肌色を作り出すことができ、それにより、粒状性がきわめて低い写真に近い品質を有する画像が得られる。同じ趣旨で、商標用の特殊な色調のような特別注文の色を保持するインクジェット・カートリッジを作り出してもよい。
【０００５】
次に、エアブラシ技術に移ると、ほとんどの一般的な専門店では、様々な異なるスタイルおよびタイプの従来のエアブラシが販売されている。そのような携帯型のエアブラシは、模型、手工芸品、指の爪、絵、自動車、オートバイ、Ｔシャツなどを塗装するために使用される。そのようなエアブラシには、ラッカー、インク、水彩絵の具、溶剤で薄めたエナメル、エアブラシ用アクリル樹脂などの様々な異なるペイント合成物を使用することができる。典型的なエアブラシは、圧縮空気を使用してリザーバからノズル内に流体を引き込み、そこで、流体が霧状にされ、画像を作成する表面に進められる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
多数の色を必要とするプロジェクトの場合、従来のエアブラシには、処理方法にいくつかの選択肢があった。複数の色を塗布するための１つの方法は、それぞれの色を別々に準備し、それを画像上に噴霧し、次にエアブラシを洗浄した後で次の色の塗布に移ることである。残念ながら、ある色から別の色に切り換えるプロセスは、エアブラシを色の切り換え時に完全に洗浄しなければならないため、時間がかかり煩雑である。実際には、色の混合、試行、および調整は、時間がかかり、また望みの色を出そうとしている間にインクが無駄になるために、コストが高くつく。複数の色を塗布するための別の選択肢は、塗装者が、それぞれ１つの色を保持する複数のエアブラシを使用することである。残念ながらこの選択肢は、複数のエアブラシを購入するコストがさらにかかり、また塗装作業が終ったときにそれらの各エアブラシを洗浄しなければならないため、やはり欠点を有する。このような従来からの方式のさらに他の欠点は、仕上がった画像が、エアブラシに装填された塗料の厳密な色と色相だけを有するように制限されることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの目標は、インクジェットプリントの概念を、アートワークやその他の画像をキャンバス、彫刻、壁、模型、車両などの品物に塗装するといった他の用途に拡張する新しいインクジェット・エアブラシ・システムおよび方法を提供することである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明により構成されたインクジェット・エアブラシ・システム２０の１つの形態を示す。システム２０は、圧縮空気供給源２２から圧縮空気の入力と、電源２４から電力を受け取り、これらは、この例では立方体または箱２６として示された対象物上に噴霧される流体小滴２５を生成するために使用される。示した実施形態では圧縮空気を使用しているが、空気供給源２２の代わりに他の類似の噴射ガスを使用することができる。システム２０は、オペレータ入力およびコントローラ部２８とを含み、コントローラ部２８は、オペレータから入力を受け取り、システムのインクジェット・エアブラシ部分３０に電力を供給するための制御信号を生成する。インクジェット・エアブラシ３０は、リザーバ部分３４内に１つ好ましくは複数の異なるタイプの流体を格納するために、インクジェット技術に基づいた流体分配カートリッジ３２を備える。カートリッジ３２は、また、プリントヘッド３５を含み、このプリントヘッド３５は、サーマル流体放出技術やピエゾ電気流体放出技術などの任意のタイプの既知のインクジェット技術を使用して構成することができる。カートリッジ３２は、また、カートリッジ３２がコントローラ部２８から発射信号３８を受け取ることができるようにする電気／機械的インタフェースとして使用されるフレックス回路３６を備える。インクジェットプリントヘッド３５は、発射信号３８を受け取ると、リザーバ部分３４から純粋流体４０を分配するように動作する。
【０００９】
図１に示したカートリッジ３２の代わりに、様々な異なるインクジェット・カートリッジを使用することができる。示したカートリッジ３２は、試作品試験に使用されたカートリッジを表し、ここでは、シアン、マジェンタおよびイエローのインクジェット・インクを保持する３つのリザーバを有するヒューレット・パッカード社の３色インクジェット・カートリッジ部品番号ＨＰ５１５２５Ａである。図１の純粋流体４０は、受け取る発射信号３８により、そのような色のうちの１つ、２つまたは３つすべてでもよい。インクジェット技術分野において、プリントヘッド３５に発射信号３８とインクを送るために使用されているのと同じ技術を使用することができ、その技術には、双方向プリントヘッドプリントシステムに使用され、走査軸に沿ってすべてのインク供給源を左右に送る「オン軸」システムとして知られるものや、主インク・リザーバが離れた位置に格納され、インクが、管やその他の流体導管を介して双方向プリントヘッドに送られる「オフ軸」技術を使用するものがある。実際には、ページ幅と同じ配列のプリントヘッド技術を使用することができ、その場合、用紙は、プリントゾーンの端から端に延在する単一の固定プリントヘッドの下を通る。したがって、発射信号３８の受け取りに応じて純粋流体４０を供給するために、様々な異なるインクジェットプリント技術を使用することができ、使用される厳密な方法は、採用される特定の実施態様に依存する。
【００１０】
インクジェット・エアブラシ３０は、また、流体小滴２５を放出するノズル部分４４を有する噴霧器部材４２を備える。インクジェット・エアブラシ３０は、また、カートリッジ３２を噴霧器４２と結合するために使用される構造（混合カップ）４５などの混合部材を有する。示した混合カップ４５は、プリントヘッド３５から放出された純粋流体４０を受け取るために、混合室４６を規定する内側面を有する。混合は、インク４０が、混合カップの方に移動し噴霧器４２の中を通るときに行われることがあり、またおそらく、小滴がノズルから出て対象物２６に衝突するときにも行われることがある。示した噴霧器４２は、混合カップ４５からノズル４４に送られる流体の量を計る流体制御部４８を備える内部噴霧器である。噴霧器４２の動作を考察する前に、最初に、噴霧器４２のいくつかの代替実施形態と共に、オペレータ入力および制御部２８の説明を行う。図１の示した実施形態において、示した噴霧器ノズル４４は、イリノイ州ロックフォードのＴｅｓｔｏｒＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって製造されたＡｚｔｅｋノズルを使用する考え抜かれた試作品噴霧器を表しているが、色を早く変化させるためには、もっと短い流路を有するノズルが好ましい。
【００１１】
インクジェット・エアブラシ・システム２０は、コントローラ部２８の一部分をなす小滴生成コントローラ５０を備える。生成コントローラ５０は、小滴信号５４を発射信号生成部５５に供給するマッピング部５２を有し、発射信号生成部５５は、コントローラ５０に供給される信号５６、５８などの入力信号に応じて、発射信号３８を生成する。マッピング部５２は、所望の色を要求する入力信号５６、５８を受け取り、マッピング部５２は、たとえば、紙などの媒体に画像をプリントするためにインクジェット技術分野において使用されている技術によって、所望の色を生成するために必要なシアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）および／またはマジェンタ（Ｍ）の小滴の数を決定する。この情報は、滴信号５４によって発射信号発生器５５に伝えられる。信号発生器５５は、たとえば、サーマル・インクジェット技術においてプリントヘッド全体に熱をより均一に分散させるためにノズルを交互にすることによって、インクジェット技術分野において既知の様々なパラメータに基づいてインクジェットプリントヘッド３５のどのノズルが発射するかを選択する高性能な装置でよい。混合カップ４５がプリントヘッド３５の真下にある状態では、所与のノズルからのどの小滴が発射されたかは重要でなくなり、どのノズルを発射させるかの選択によって、得られた画像のどこに滴が着陸するかが決まることが、プリント技術における重要な要素になる。たとえば、示した実施形態において、プリントヘッド３５のノズルは、０〜３０００Ｈｚ（ヘルツ）の周波数で発射される。対象物２６に塗布されるインクの濃さは、カップ４５内で混合する様々な量のインクを分配するために、アレイにおいて発射するノズルの数を変化させるか、またはすべてのノズルの発射周波数を変化させることによって変化させることができる。
【００１２】
コントローラ部２８に示された１つのオペレータ入力は、信号５６によって小滴生成コントローラ５０に送られる所望の色入力を選択するために使用することができるパーソナル・コンピュータ６０などのコンピュータ入力部である。様々な異なる手段を使用して入力信号５６を生成することができる。たとえば、コンピュータ６０は、色パレットを表示するために使用することができるタッチ画面モニタ６２を含むことがあり、オペレータは、所望の色の位置で画面６２に触れて入力信号５６を生成する。あるいは、コンピュータ６０は、キーボード６４、マウス、またはモニタ６２に表示されている色を選択するタッチ・パッド入力装置（図示せず）を備えることができる。たとえばスキャナ６５内に入れられた先在する画像を表す入力信号６６を生成するスキャナ６５を使用することによって、他の入力をコンピュータ６０に供給することができる。スキャナ６５から入力信号６６を受け取る際、入力信号５６を生成する前に、コンピュータ６０を使用して、走査された画像を変更または編集することができる。たとえば、モデムまたはウェブ・ベースのインタフェースを使用して、ワールドワイド・ウェブまたはインターネットから画像をダウンロードするか、あるいはフロッピ・ディスケットやＣＤＲＯＭディスクなどの従来の記憶媒体から画像を読み取ることによって、コンピュータ６０に画像データを供給するために、他の等価な入力機構を使用することができることは明らかである。実際には、インクジェット・エアブラシ・ノズル４４の動きが分かっている場合、対象物２６の動きが分かっている場合、またはノズル４４と対象物２６の相対的な動きが分かっており、かつたとえばロボット工学技術を使用して制御可能な場合は、コンピュータ６０は、小滴生成コントローラ５０に一列の色データを送って、対象物２６上に所望の画像を作成することができる。
【００１３】
コンピュータ６０に追加するかあるいはその代わりに、インクジェット・エアブラシ・システム２０は、手動色入力選択装置７０を備えることができ、この例では、基部７２とトグル入力ハンドル７４を有する「ジョイスティック」入力装置として示されている。手動入力装置７０は、ハンドル７４を囲む面板７５を備える。前述のように、ジョイスティック・ハンドル７４は、図２に示した０〜３６０度の任意の方向にトグルすることができる。面板７５は、ここでは色スポット７６、７７、７８、７９、８０、８１、８２、８３として示されたハンドル７４を囲む複数の色表示を含む。示した試作品の実施形態では、後の表１に示したように、表示７６〜８３のそれぞれに割り当てられた色が選択されている。
【００１４】
【表１】

【００１５】
（１００％は、所与の色のすべてのノズルが３ＫＨｚで発射されたものである。）
【００１６】
図２に、一連の色スポット７６〜８３を示すが、実施形態によっては、様々な色が互いにゆるやかに配合している連続的な虹状の色パターンがジョイスティック・ハンドル７４のまわりを囲んでいることが望ましい場合があることは明らかである。実際には、この虹の選択は、隣り合ったスポット８１と８２や反対側にあるスポット８１と７７の間など、２つの色スポット間で選択するときジョイスティック７４を使用して達成される結果であった。使用されるジョイスティック装置７０のタイプは様々なものでよく、試作品試験において使用された単純なアナログ・ポテンショメータ型のユニットの場合は、インクジェット・エアブラシ３０を使用して虹の色を混合することができる。対象物２６に塗布されるそれぞれの色の濃さは、ノズル４４と対象物２６の間の間隔によって変化させることができ、間隔が近いほど、濃い画像のために対象物２６の単位面積あたり多くのインクが塗布され、間隔が遠いほどインクの飽和度が小さい明るい色ができる。より新しいディジタル・ジョイスティックや類似の入力装置を、選択装置７０として使用することによって、混色だけでなく濃さも容易にかつ別々に制御することができ、十分な３平面または３次元色信号５８を、小滴生成コントローラ５０に供給することができる。
【００１７】
さらに、噴霧ノズル４４と対象物２６の間の間隔が、比較的一定のままだと仮定すると、所望の色が得られた後で、プリントヘッド・ノズルの発射周波数を調整することによって、濃さを個別に変更することができる。発射周波数を制御することによって、対象物２６上の単位当りの色の濃さをより厳密に電子制御することができ、これは、従来のエアブラシでは利用できなかったオプションである。したがって、小滴生成コントローラ５０に３色平面データを供給することによって、インクジェット・エアブラシ・ノズル４４と液滴２５を受け取る対象物２６の間を一定の間隔に維持することができ、その結果、濃い色のために送られる液滴が多くなり、明るい濃淡の場合には供給される液滴が少なくなる。インクジェットプリント技術に精通していない人は、カートリッジ３２が、ブラック・インクを分配するための第４のチャンバを備えることができるが、このことは、ほぼ等しい量のシアン、イエローおよびマジェンタのインクの組み合せを混ぜて、ブラック・インクだけが入った別のリザーバから分配される「トゥルー・ブラック」とは別の、当該技術分野において「プロセス・ブラック」として知られるブラック色を形成するため、必要条件ではないことに注意されたい。したがって、３色（シアン、イエロー、マジェンタ）カートリッジを使用して、対象物２６上にブラックを含むすべての色を塗布することができる。
【００１８】
次に図３に移り、図１に示した内部噴霧器４２を使用する代わりに、前述のような流体分配カートリッジ３２と混合カップ４５を使用して代替インクジェット・エアブラシ３０’を形成することができる。混合室４６は、プリントヘッド３５によって分配される純粋インク４０を受け取る。混合室４６は、出口８４に流体輸送管８５が結合された漏斗として形成された円錐形のカップ面を有する。前述のような圧縮空気供給源２２によって、空気流管または導管８６、８８を介して圧縮空気を送り、外部噴霧器９０を駆動することができる。供給源２２からの圧縮空気は、流体導管８６と共に外部噴霧器９０を構成する噴霧ノズル９２に供給される。外部噴霧器ノズル９２は、流体導管８５の出口９６から圧縮空気９４を吹き出すように位置決めされる。空気ブラスト９４が、ベンチュリ効果によって導管出口９６から流れ出るとき、この早い流れの空気は、混合カップ４５からインクを吸い出し、このプロセスで、液体インクが霧状にされ、対象物２６を塗装する小滴２５が形成される。実際に、導管出口９６を通る圧縮空気９４の力は、その部分の圧力を低下させ、真空力を作り出す。ノズル９２から吹き出す空気９４によって生成されるこの真空力は、混合カップ４５からインクを吸い出すはたらきをし、この膨大な移動する空気の流れに流体がさらされることにより、流体が噴霧化され小滴２５が作成される。
【００１９】
したがって、広義において、本明細書で開示した概念は、インクジェット技術を使用して望みの正確な液体複合物を作るために、単一液体の正確な計量供給と測定、あるいは複数の液体の正確な計量供給、測定および混合に関するものである。実際に、インクジェット・カートリッジ３２は、単一流体の正確な計量供給に使用することができる。たとえば、内部噴霧器４２を使用することによって、ノズル４４を通る流体の流れは、一般に、流体流量制御４８を使用して制御され、流体流量制御４８は、内部のニードルをインクの流路に出し入れし、その流れを制限または増大させるはたらきをする。ニードル調整４８によって実現される流量制御は、インクジェット・エアブラシとして使用する際にはなくすことができ、その場合、ノズル４４内を流れる流体の量は、混合カップ４５に入る純粋流体４０の量を計量供給し測定することによって制御することができる。したがって、プリントヘッド３５による流体の正確な電子的計量供給が、従来のエアブラシの不完全な機械的流体流量制御部に取って替わる。
【００２０】
従来のエアブラシのもう１つの欠点は、大量の洗浄時間が必要なことであった。インクジェット・エアブラシ・システム２０を使用することによって、流体分配カートリッジ３２内にインクが自給されるため、洗浄は、はるかに容易になる。さらに、インク溶剤リザーバとしてリザーバ・チャンバ３４のうちの１つを使用することによって、エアブラシ３０は、実際に、プリントヘッド３５から溶剤を排出させて、混合カップ４５、噴霧器４２の内部およびノズル４４を洗浄することによって自己洗浄される。図３の外部噴霧器９０に関しては、プリントヘッド３５によって分配されるそのようなインク溶剤や他の流体溶剤を使用して、出口９６と一緒に、混合カップ４５、出口８４および導管８５の内部を洗浄することができる。実際に、洗浄の１つの改善は、図１に概略的に示した本体９８内に取り付けられたプリントヘッド３５と噴霧器ノズル４４、９６の間の容積または空間を最小にすることによって実現された。
【００２１】
本体９８の正確な形態は、使用されるカートリッジ３２のタイプと噴霧器４２、９０のタイプと共に、使い易さと人間工学的な配慮に依存する。機能的には、本体９８は、システム２０のオペレータ入力およびコントローラ部２８によって生成された発射信号を受け取るために、フレックス回路３６による電気接続を提供する。さらに、本体９８は、混合カップ４５などのインク混合部分の上にプリントヘッド・オリフィス板３５を配置するはたらきをし、広義には、カートリッジ３２によって分配される１つまたは複数の流体を正確に計量供給するはたらきをする。エアブラシの状況におけるより詳細な例において、本体９８は、また、カップ４５によって提供されるこの混合部分もしくはチャンバを、この例では噴霧器４２、９０である流体分配器と結合するはたらきをする。
【００２２】
色の選択に関して、エアブラシ３０、３０’によって分配される流体小滴２５の色は、純粋流体４０として放出されるインクの比率によって決定される。実際には、図のエアブラシ・システム２０は、ジョイスティック装置として示された独立した手動色入力選択装置７０を示しているが、実施形態によっては、色選択機能を本体９８に組み込むことが望ましい場合があり、その色選択機能は、この例では、一体化された色入力選択装置１００として示され、装置７０に関して前に説明したのと同じように動作することができる。そのような実施態様において、実装された色選択装置１００を使用することによって、たとえば、小滴生成コントローラ５０を、集積回路として、より好ましくは特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）１０２または現場でプログラム可能なゲート・アレイとして供給することによって、小滴生成コントローラ５０を、インクジェット・エアブラシ３０に組み込み、また本体９８が支持することができる。
【００２３】
実際には、選択装置１００とコントローラ１０２を本体９８上またはその中に取り付けることによって、また、たとえば電池の形の電源２４を本体９８内に組み込むことによって、小型の携帯型ユニットまたはエアブラシ・ヘッドを形成することができ、圧縮空気供給源２２の取り付けしか必要としない。さらなる機能強化として、圧縮空気供給源２２は、たとえば、空気銃や散弾銃に使用されるのと類似の小型圧縮空気カートリッジの形で、本体９８によって支持されてもよい。したがって、本体９８に、コントローラ１０２および色選択トグル装置１００と共に、電源２４と圧縮空気供給源２２の両方を実装することにより、まったく小型のエアブラシ・ユニットが形成される。
【００２４】
そのような携帯型エアブラシ・ユニットは、概略的に入力装置１０４として示された、個別の携帯型装置または他の計算装置に結合することができるディジタル入力装置を備えることができる。たとえば、ディジタル入力１０４を、パントン・ブック、比色計、他の色標準などの色選択チャートを表示する装置に結合させることが特に有効なことがあり、その場合、色選択を、携帯型装置上の選択グリッドから行うか、または数字または英数字の形でディジタル的に入力することができる。あるいは、入力１０４がディジタル入力ではなく、入力１０４は、プリントヘッド３５によって分配される所望の流体を選択するために、たとえば１つまたは複数の回転つまみを使用するアナログ入力を表すこともできる。代替の実施形態において、ディジタル入力装置１０４は、標準カラーチャートの選択色に対応する数値または英数字コードでダイヤルすることができる数値回転ホイール入力でもよい。そのような装置は、特に、自動車の補修塗装を行うための様々な状況で役立つことになり、車両の色コードは、メーカが車両に付けた様々な名前カードまたは標札にプリントされていることが多い。ディジタル入力１０４が、コンピュータやその他の携帯型計算装置に結合されるとき、それらの２つを結合する厳密な方法は、たとえば電気ケーブル、光ファイバ、赤外線技術などを使用することによって、当業者に知られた様々な方法で達成することができる。
【００２５】
混合カップ４５の色混合面に関しては、インクやその他の純粋流体４０が、プリントヘッド３５から放出され、それが混合面に衝突するため、混合面の機能は、インクを、インクや他の流体が乾く前に分散させるために、混合カップの漏斗状の構造を通ってエアブラシまで素早く流すことである。したがって、インクまたは流体が、内部噴霧器４２の供給口または外部噴霧器９０の導管８５に入る前に混合面に溜まりすぎるのは望ましくない場合がある。たとえば、漏斗状の混合カップ４５の底にあるエアブラシ供給口に１つの色が入り、同時に混合面の隣の部分に別の色が溜まっている場合は、エアブラシの色出力が変化することになる。混合面は、たとえばステンレス鋼またはプラスチックで作成されたものであり、これらは両方とも適切に働き、インクが無抵抗に混ざるようにした。試作品試験の際に、混合カップ４５内に溝を彫ることで、混合カップ内のインクの混合と流れが改善されるかどうかを決定するために、混合カップの内側面のテクスチャを変化させた。しかしながら、試作品試験では、試験した染料インクに関して、滑らかな混合面よりもテクスチャ化した面のほうがはるかに優れていることは分からなかったが、他の流体を使用する他の実施態様では、溝を彫ったかまたはテクスチャ化した内側面が、滑らかな面よりも満足の行くものであることが分かる。
【００２６】
このように液体を正確に計量供給するため、より詳細には複数の液体を混合するためのより具体的な使用例を、インクジェット・エアブラシ・システム２０の形で示す。エアブラシ技術の２つの例、すなわち図１の内部噴霧器４２と図３の外部噴霧器９０を示した。発明者によるさらなる研究によって、本明細書で説明した概念により、３０や３０’などのインクジェット・エアブラシを作成する際に、噴霧器４２、９０の代わりに様々な等価な噴霧器を使用できることが明らかになった。
【００２７】
噴霧器４２、９０の代わりに使用でき、かつインクジェット・エアブラシ・システムに組み込むことができる一般的な噴霧方法には、様々な種類がある。第１の一般的な噴霧化方法の１つは、二流体噴霧器として知られている。内部エアブラシ４２と外部エアブラシ９０は、この二流体噴霧器のカテゴリに入り、この場合、一方の流体は、インクジェット・インクであり、他方の流体は、圧縮空気供給源２２からの空気である。インクジェット・エアブラシの実施態様によっては適切となり得る別のタイプの噴霧器は、外部空気ポンプを必要とせずに噴霧化する回転噴霧器である。回転噴霧器は、一般に、流体小滴２５の正確なビームではなく、３６０°に広がるスプレー・パータンを提供し、これは、たとえばパイプ、貯蔵タンクなどの内側を塗装するのに有効である。別のタイプの適切な噴霧器は、自動車燃料噴射器および無気塗装システムと類似の方式で動作する圧力噴霧器である。噴霧器が加圧されているため、流体の圧力は十分に高く、ノズル出口の直径は、放出された流体が空気と接触したときに霧になるほど十分に小さい。噴霧化の他の２つの一般的な方法には、一般に医療用に使用される超音波噴霧と、一般に塗料噴霧器に使用される静電噴霧がある。そのような噴霧機構および噴霧法のうちのいくつかは、米国のＨｅｍｉｓｐｈｅｒｅＰｕｂｌｉｓｈｉｎｇ社から出版されたＡｒｔｈｕｒＨ．Ｌｅｆｅｂｖｒｅによる「ＡｔｏｍｉｚａｔｉｏｎａｎｄＳｐｒａｙｓ」と題する書籍で考察されている。Ｌｅｆｅｂｖｒｅの書籍には、噴霧器４２、９０と等価な様々な異なる噴霧器が示されているが、噴霧器４２、９０の代わりに、液体流体４０から流体小滴２５の噴霧を生成する他の噴霧器やその他の装置を使用できることは明らかである。
【００２８】
エアブラシ３０、３０’の色出力は、カートリッジ３２内のそれぞれの色リザーバからの混合室４６に発射されるインクの量によって決定することができる。圧縮空気供給源２２は、インクが混合室４６内に発射されるときに作動され、混合インクが、チャンバから出てエアブラシ・ノズル４４または開口９６内に送られ、そこで流体は、噴霧化され、次に小滴２５として放出されることが好ましい。空気供給源２２が、純粋流体４０の放出中に活動化されない場合は、インクが、混合カップ４５に一杯になりすぎて、エアブラシ本体９８の内部を汚す可能性がある。この状況を防ぐために、コントローラ５０、１０２は、発射信号３８によって空気供給源２２の動作を調整して、このこぼれる状況を回避するようにする。しかしながら、混合室４６に流れ込むインク４０が、ノズル４４または開口９６から流れ出るインクの量よりも多いときは、こぼれの問題が生じることがある。したがって、インクの流れ、空気の流れ、およびノズルの幾何学的形状を釣り合わせることによって、このこぼれの問題を十分に解決することができる。たとえば、試作品では、インクが混合室４５からあふれるのを防ぐために、ノズル４４の幾何学的形状および導管８８に流す空気を調整した。
【００２９】
インクジェット・エアブラシ・システム２０は、個別のオペレータ入力およびコントローラ部２８を使用するか、実装された入力１００、１０４を使用するかに関係なく、エアブラシ３０、３０’のユーザが、望みの色出力２５を素早く選択しかつ生成することを可能にする。さらに、インクがプリントヘッド３５から噴霧ノズル４４の出口まで移動するスペースの量が小さいほど、達成される色の変化が早くなる。選択する色の範囲は、カートリッジ３２の内部の流体リザーバ３４の内容に基づく。さらに、手動入力装置６４、７０、１００、１０４を使用するかスキャナ６５とコンピュータ６０を使用するかに関係なく、従来のエアブラシで過去のように色を手作業で混合する必要なしに、望みの色を調整することができ、時間を大幅に節約することができる。また、カートリッジ３２内のインク供給材料からエアブラシ出力４４、９６への色マッピングにより、コンピュータ画面６２からの色選択が可能になる。色を選択した後で、マッピング部５２は、望みの色を生成するために必要な基色の比率を決定する。このように、インクジェット・カートリッジ３２を使用して、ディジタル的で正確な計量供給が達成され、以前の他のエアブラシ技術よりも優れた色再現が実現される。
【００３０】
前述のように、エアブラシ・システム２０の別の用途または非芸術的な用途は、混合するために複数の流体を正確に計量供給したり、１つの流体を計量供給したりすることである。示した実施形態において、単に便宜上、インクジェット・インクが使用されており、エアブラシ・システム３０、３０’を使用して他の流体を混合し放出することもできることは明らかである。たとえば、エアブラシ３０、３０’を使用して、混合したときに硬化するまで時間と共に性質が変化する混合物を形成する流体と試薬を有する様々なエポキシ型化合物を適切に分配することができる。そのようなシステムでは、流体と試薬を混ぜるとすぐに硬化が始まり、純粋流体４０を混合カップ４５に放出した後に素早く流体小滴２５を加える必要性が高い。いくつかの接着または結合の実施態様では、噴霧器４２、９０内を移動中に混合物が硬化するのを遅らせるために、紫外線硬化ステップなどの第３の操作を含めることが望ましい場合がある。
【００３１】
当然ながら、さらに他の修正として、たとえば、混合カップ４５を従来のエアブラシ塗装リザーバ内に入れることによって、インクジェット・エアブラシ１００を、エアブラシ色混合器になるように修正することができる。そのような実施形態は、指の爪に研磨剤を塗装または塗布するときなど、ほんの少しの量の着色剤を必要とする場合に特に有効なことがある。代替として、より小さくて軽いアプリケータによって操作性を大幅に高めるため、混合カップ３０から取り外し可能な小さいインク・リザーバを備えるようにエアブラシ４２を設計することができる。さらに他の代替として、使用中に、混合カップ４５が、噴霧器４２に取り付けられたままでも、カートリッジ３２が、混合カップ４５から取り外し可能であってもよい。
【００３２】
さらに、インクジェット・エアブラシ・システム２０によって実現される正確な色混合の用途によって、たとえば２人の人が、２つの異なるインクジェット・エアブラシを使用して１つのプロジェクトで作業しているときに、２つの別個のインクジェット・エアブラシが同じ色出力を正確に提供することが可能になる。さらに、混合カップ４５内の小さい混合面を使用することによって、インクが重力で混合カップ４５の円錐壁に落ちたときに、異なるインクを素早く合わせ、無抵抗の混合を促進することができる。さらに、混合カップ４５において、液体の表面張力により、インクは、一緒に、混合カップの下部にある出口の方に引っ張られる。実際には、噴霧器４２によって提供される吸引力と組み合わさった混合カップ４５内の流体の液体表面張力が、実際に重力よりも大きくなることがあり、ユーザは、こぼれなしに頭上の対象物を塗装することができる。この方式では、無駄になるインクは最少であり、対象物２６に付けるために必要なインクだけが混合され使用され、それにより消費者に、耐久性の長いカートリッジ３２が提供される。さらに、インクジェット・エアブラシ３０、３０’が、ニードル弁、機械式レバー、モータなどの機械的装置を使用してインクの流量を計量供給または制御しないため、インクジェット・エアブラシ３０、３０’は、以前のエアブラシ・システムに比べかなり複雑ではない。さらに、前述のように、混合カップ４５のテクスチャ面と滑らかな面は両方とも、性能に明らかな差がないことが試験で分かったため、テクスチャ面よりも洗浄しやすいので、滑らかな面が好ましい。最終的に、プリントヘッド３５から分配される流体で実際に濡れるインクジェット・エアブラシ３０、９０の構成要素が少なくなるため、必要な洗浄の量が、最小限に抑えられる。
【００３３】
したがって、流体塗布システムに様々な異なる修正を行うことができ、その用途は、インクジェット・インクの混合または塗装以外でかつ併記の特許請求の範囲の意図の範囲内にある応用例でもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】いくつかの異なるオペレータ入力システムと一緒に内部噴霧器を使用するインクジェット・エアブラシ・システムの１つの形態の部分概略図である。
【図２】図１の線２−２に沿って切断したオペレータ入力機構の１つの形態の上面図である。
【図３】図１のシステムに使用することができる外部噴霧器を有する代替インクジェット・エアブラシ・システムの拡大部分的破断正面図である。
【符号の説明】
２５流体
２６対象物
３０、３０’ エアブラシ機構
３４流体リザーバ
３５プリントヘッド
３８発射信号
４０流体
４２、９０噴霧器
４５構造
４６混合室
９８本体
１０２コントローラ[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention generally relates to color mixing in airbrush painting, which is an inkjet printing technique used in a new and different environment.
[0002]
[Prior art]
By tackling the fusion of two technologies that have been separate, a number of new patentable concepts were created. Before elaborating on the details of such a new concept, it would be useful to have a brief discussion of conventional inkjet technology, along with some of the challenges encountered by conventional airbrush technology.
Conventional ink jet printing mechanisms often use a cartridge called a “pen” that fires droplets of a liquid colorant, called “ink” throughout the specification, onto a page. Each cartridge includes a printhead composed of very small nozzles that fire ink drops. The printhead is held in a carriage that slides back and forth along a guide rod in a “bidirectional printhead” system, and the pages (print media) are stepped forward in stages between each printhead pass. Most often. For example, when printing an image on a paper medium, the print head is propelled left and right across the page and fires drops of ink in the desired pattern as it moves. Another printing system, known as a “page width array” printer, expands the printhead in a fixed position across the page and prints as the media travels under the printhead. The particular ink ejection mechanism in either type of printhead can take a variety of different forms known to those skilled in the art, such as piezoelectric technology or thermal printhead technology.
[0003]
For example, two previous thermal ink ejection mechanisms are shown in US Pat. Nos. 5,278,584 and 4,683,481, both of which are assigned to the assignee Hewlett-Packard. It has been transferred. In a thermal system, there is a barrier layer comprising an ink channel and a vaporization chamber between the nozzle orifice plate and the substrate layer. The substrate layer is generally provided with heating elements such as resistors in a linear array, and the heating elements are energized to heat ink in the vaporization chamber. Upon heating, ink droplets are ejected from the nozzle associated with the energized resistor. By selectively energizing the resistors as the printhead moves across the page, ink is ejected in a pattern onto the print media to form the desired image (eg, picture, figure or text). .
[0004]
Generally, the colors distributed by the cartridge are black, cyan, yellow and magenta, and the resulting image color is obtained by mixing these four colors as the ink droplet impacts the page. Recently, Hewlett-Packard Company of Palo Alto, Calif. Introduced an imaging cartridge system as an inkjet printer model DeskJet® 693C. This is a two-pen printer that uses a three-color cartridge that retains the complete dye material of cyan, magenta, and yellow and a black cartridge that is interchangeable with a three-color imaging cartridge. This imaging cartridge holds several colors of low dye material density, such as cyan and magenta, along with black ink of maximum or non-maximum reduced dye-loads concentrations. With this image forming cartridge, the printer can produce more continuous gradation changes, particularly skin color, and thereby obtain an image having a quality close to that of a photograph with extremely low graininess. In the same sense, an ink jet cartridge may be created that holds a custom color, such as a special tone for a trademark.
[0005]
Turning now to airbrush technology, most common specialty stores sell a variety of different styles and types of conventional airbrushes. Such portable airbrushes are used to paint models, handicrafts, fingernails, pictures, cars, motorcycles, T-shirts and the like. Such airbrushes can use a variety of different paint composites such as lacquers, inks, watercolor paints, solvent diluted enamels, airbrush acrylics, and the like. A typical airbrush uses compressed air to draw fluid from a reservoir into a nozzle where the fluid is atomized and advanced to the surface to be imaged.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
For projects that require a large number of colors, conventional airbrushes have several options for processing. One way to apply multiple colors is to prepare each color separately, spray it on the image, and then wash the airbrush before moving on to the next color application. Unfortunately, the process of switching from one color to another is time consuming and cumbersome because the airbrush must be thoroughly cleaned when switching colors. In practice, color mixing, trials, and adjustments are time consuming and costly because ink is wasted while trying to produce the desired color. Another option for applying multiple colors is for the painter to use multiple airbrushes each holding one color. Unfortunately, this option is also disadvantageous because it adds to the cost of purchasing multiple airbrushes and each of the airbrushes must be cleaned when the painting operation is over. Yet another disadvantage of such conventional systems is that the finished image is limited to having only the exact color and hue of the paint loaded on the airbrush.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
One goal of the present invention is to extend the concept of inkjet printing to other applications such as painting artwork and other images on canvas, sculptures, walls, models, vehicles, and other applications, and Is to provide a method.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 illustrates one form of an inkjet airbrush system 20 constructed in accordance with the present invention. The system 20 receives input of compressed air from a compressed air supply 22 and power from a power source 24, which produce fluid droplets 25 that are sprayed onto an object, shown in this example as a cube or box 26. Used to do. Although the illustrated embodiment uses compressed air, other similar propellants can be used in place of the air source 22. The system 20 includes an operator input and controller section 28 that receives input from the operator and generates control signals for supplying power to the inkjet airbrush portion 30 of the system. Inkjet airbrush 30 includes a fluid dispensing cartridge 32 based on inkjet technology for storing one, preferably a plurality of different types of fluids in reservoir portion 34. The cartridge 32 also includes a print head 35, which can be constructed using any type of known ink jet technology, such as thermal fluid ejection technology or piezoelectric fluid ejection technology. The cartridge 32 also includes a flex circuit 36 that is used as an electrical / mechanical interface that enables the cartridge 32 to receive a firing signal 38 from the controller portion 28. Inkjet printhead 35 operates to dispense pure fluid 40 from reservoir portion 34 upon receipt of firing signal 38.
[0009]
A variety of different inkjet cartridges can be used in place of the cartridge 32 shown in FIG. The cartridge 32 shown represents a cartridge that was used for prototype testing, where Hewlett-Packard's three-color inkjet cartridge part number HP51525A has three reservoirs holding cyan, magenta and yellow inkjet inks. It is. The pure fluid 40 of FIG. 1 may be one, two or all three of such colors depending on the firing signal 38 received. In the ink jet technology field, the same technology that is used to send the firing signal 38 and ink to the print head 35 can be used, which is used in a bi-directional print head printing system and includes a scan axis. Known as an "on-axis" system that sends all ink sources to the left and right along, or the main ink reservoir is stored in a remote location, and ink is bidirectionally printed through tubes and other fluid conduits Some use "off-axis" technology sent to the head. In practice, the same arrangement of printhead technology as the page width can be used, in which case the paper passes under a single fixed printhead that extends from end to end of the print zone. Accordingly, a variety of different ink jet printing techniques can be used to provide pure fluid 40 in response to receiving firing signal 38, the exact method used being dependent on the particular implementation employed. .
[0010]
The inkjet airbrush 30 also includes a nebulizer member 42 having a nozzle portion 44 that emits fluid droplets 25. The inkjet airbrush 30 also has a mixing member such as a structure (mixing cup) 45 used to couple the cartridge 32 with the sprayer 42. The illustrated mixing cup 45 has an inner surface that defines a mixing chamber 46 for receiving the pure fluid 40 emitted from the print head 35. Mixing may occur when the ink 40 moves toward the mixing cup and passes through the sprayer 42, and possibly also when a droplet exits the nozzle and strikes the object 26. There is. The illustrated sprayer 42 is an internal sprayer with a fluid control 48 that measures the amount of fluid sent from the mixing cup 45 to the nozzle 44. Before discussing the operation of the nebulizer 42, the operator input and control 28 will first be described along with some alternative embodiments of the nebulizer 42. In the illustrated embodiment of FIG. 1, the sprayer nozzle 44 shown represents a well-developed prototype sprayer using an Aztek nozzle manufactured by Testor Corporation, Rockford, Illinois, but for rapid color change. For this, a nozzle having a shorter flow path is preferred.
[0011]
The inkjet airbrush system 20 includes a droplet generation controller 50 that forms part of the controller unit 28. The generation controller 50 includes a mapping unit 52 that supplies the droplet signal 54 to the firing signal generation unit 55, and the firing signal generation unit 55 responds to input signals such as

signals

56 and 58 supplied to the controller 50. A firing signal 38 is generated. The mapping unit 52 receives input signals 56, 58 requesting the desired color, and the mapping unit 52 is connected to the desired signal by techniques used in the ink jet technology, for example, to print an image on a medium such as paper. Determine the number of cyan (C), yellow (Y) and / or magenta (M) droplets required to produce a color. This information is conveyed to the firing signal generator 55 by the drop signal 54. The signal generator 55 is based on various parameters known in the ink jet technology, for example by alternating nozzles to more evenly distribute heat throughout the print head in thermal ink jet technology. It can be a high-performance device that selects which nozzle of the throat fires. With the mixing cup 45 just below the print head 35, it is irrelevant which droplet from a given nozzle has been fired, and depending on the choice of which nozzle is fired, where the drop will appear in the resulting image. Deciding whether to land is an important factor in printing technology. For example, in the illustrated embodiment, the nozzles of the print head 35 are fired at a frequency of 0 to 3000 Hz (Hertz). The density of the ink applied to the object 26 varies the number of nozzles fired in the array or distributes the firing frequency of all nozzles in order to dispense different amounts of ink to mix in the cup 45. It can be changed by changing.
[0012]
One operator input shown on the controller portion 28 is a computer input portion such as a personal computer 60 that can be used to select a desired color input to be sent to the droplet generation controller 50 by the signal 56. A variety of different means can be used to generate the input signal 56. For example, the computer 60 may include a touch screen monitor 62 that can be used to display a color palette, and an operator touches the screen 62 at a desired color location to generate an input signal 56. Alternatively, the computer 60 may include a touch pad input device (not shown) that selects the color displayed on the keyboard 64, mouse, or monitor 62. Other inputs can be provided to the computer 60, for example, by using the scanner 65 to generate an input signal 66 that represents the pre-existing image placed in the scanner 65. Upon receiving input signal 66 from scanner 65, computer 60 can be used to modify or edit the scanned image prior to generating input signal 56. For example, the computer 60 can be downloaded by downloading images from the World Wide Web or the Internet using a modem or web-based interface, or by reading images from a conventional storage medium such as a floppy diskette or CD ROM disk. Obviously, other equivalent input mechanisms can be used to supply image data to the. In practice, if the movement of the inkjet airbrush nozzle 44 is known, if the movement of the object 26 is known, or if the relative movement of the nozzle 44 and the object 26 is known, and for example robotics If controllable using technology, the computer 60 can send a row of color data to the droplet generation controller 50 to create a desired image on the object 26.
[0013]
In addition to or instead of the computer 60, the inkjet airbrush system 20 can include a manual color input selection device 70, in this example as a “joystick” input device having a base 72 and a toggle input handle 74. It is shown. The manual input device 70 includes a face plate 75 that surrounds the handle 74. As described above, the joystick handle 74 can be toggled in any direction from 0 to 360 degrees shown in FIG. The face plate 75 includes a plurality of color displays that surround a handle 74, shown here as color spots 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83. In the prototype embodiment shown, the colors assigned to each of the displays 76-83 are selected as shown in Table 1 below.
[0014]
[Table 1]

[0015]
(100% is that all nozzles of a given color were fired at 3 KHz.)
[0016]
FIG. 2 shows a series of color spots 76-83, but in some embodiments, a continuous iridescent color pattern that gently blends various colors together surrounds the joystick handle 74. Clearly it may be desirable. In practice, this rainbow selection is the result achieved using the joystick 74 when selecting between two color spots, such as between

adjacent spots

81 and 82 or

opposite spots

81 and 77. there were. The type of joystick device 70 used may vary, and in the case of a simple analog potentiometer type unit used in prototype testing, an inkjet airbrush 30 may be used to mix rainbow colors. it can. The darkness of each color applied to the object 26 can be changed according to the distance between the nozzle 44 and the object 26, and the closer the distance, the more per unit area of the object 26 due to the darker image. When the ink is applied, the brighter the ink saturation is, the smaller the distance is. By using a newer digital joystick or similar input device as the selection device 70, not only color mixing but also darkness can be easily and separately controlled, and sufficient three-plane or three-dimensional color signal 58 is obtained. The droplet generation controller 50 can be supplied.
[0017]
Further, assuming that the spacing between the spray nozzle 44 and the object 26 remains relatively constant, the darkness can be achieved by adjusting the firing frequency of the printhead nozzle after the desired color is obtained. Can be changed individually. By controlling the firing frequency, the color intensity per unit on the object 26 can be more precisely electronically controlled, an option not available with conventional airbrushes. Accordingly, by supplying the three-color plane data to the droplet generation controller 50, it is possible to maintain a constant spacing between the inkjet airbrush nozzle 44 and the object 26 that receives the droplet 25, resulting in a darker color. More droplets are sent for the color, and fewer droplets are supplied in light shades. For those who are not familiar with inkjet printing technology, the cartridge 32 can be provided with a fourth chamber for dispensing black ink, which is equivalent to that of approximately equal amounts of cyan, yellow and magenta inks. The requirement to mix the combination to form a black color known in the art as "Process Black", separate from "True Black" which is dispensed from a separate reservoir containing only black ink Note that this is not the case. Therefore, using a three-color (cyan, yellow, magenta) cartridge, all colors including black can be applied on the object 26.
[0018]
Turning now to FIG. 3, instead of using the internal sprayer 42 shown in FIG. 1, an alternative inkjet airbrush 30 'can be formed using the fluid dispensing cartridge 32 and the mixing cup 45 as described above. The mixing chamber 46 receives pure ink 40 that is dispensed by the print head 35. The mixing chamber 46 has a conical cup surface formed as a funnel with a fluid transport tube 85 coupled to an outlet 84. The compressed air supply 22 as described above can send compressed air through air flow tubes or

conduits

86, 88 to drive the external sprayer 90. The compressed air from the supply source 22 is supplied to a spray nozzle 92 that constitutes an external sprayer 90 together with a fluid conduit 86. External sprayer nozzle 92 is positioned to blow compressed air 94 from outlet 96 of fluid conduit 85. As the air blast 94 flows out of the conduit outlet 96 due to the venturi effect, this fast-flowing air draws ink out of the mixing cup 45 and in this process the liquid ink is atomized and the droplets that coat the object 26. 25 is formed. In fact, the force of the compressed air 94 through the conduit outlet 96 reduces the pressure in that part and creates a vacuum force. This vacuum force generated by the air 94 blown out of the nozzle 92 serves to suck ink out of the mixing cup 45, exposing the fluid to this enormous moving air stream, atomizing the fluid and causing the droplets 25 to drop. Is created.
[0019]
Thus, in a broad sense, the concepts disclosed herein can be used to accurately dispense and measure a single liquid or to accurately produce multiple liquids using inkjet technology to produce the exact liquid composite desired. It relates to metering, measuring and mixing. Indeed, the inkjet cartridge 32 can be used for accurate metering of a single fluid. For example, by using an internal sprayer 42, the fluid flow through the nozzle 44 is generally controlled using a fluid flow control 48, which moves the internal needles into and out of the ink flow path. It serves to limit or increase the flow. The flow control provided by the needle adjustment 48 can be eliminated when used as an inkjet airbrush, in which case the amount of fluid flowing through the nozzle 44 measures the amount of pure fluid 40 entering the mixing cup 45. It can be controlled by feeding and measuring. Thus, accurate electronic metering of fluid by the print head 35 replaces the incomplete mechanical fluid flow control of conventional airbrushes.
[0020]
Another disadvantage of the conventional airbrush is that it requires a large amount of cleaning time. By using the inkjet airbrush system 20, cleaning is much easier because ink is self-sufficient in the fluid distribution cartridge 32. In addition, by using one of the reservoir chambers 34 as an ink solvent reservoir, the airbrush 30 actually drains the solvent from the print head 35 and causes the mixing cup 45, the interior of the sprayer 42 and the nozzle 44 to move. Self-cleaning by washing. With respect to the external sprayer 90 of FIG. 3, such ink solvent or other fluid solvent dispensed by the print head 35 is used to clean the interior of the mixing cup 45, outlet 84 and conduit 85 along with the outlet 96. can do. Indeed, one improvement in cleaning has been achieved by minimizing the volume or space between the print head 35 and the sprayer nozzles 44, 96 mounted in the body 98 shown schematically in FIG.
[0021]
The exact form of the body 98 depends on ease of use and ergonomic considerations, as well as the type of cartridge 32 used and the type of

sprayers

42,90. Functionally, the body 98 provides an electrical connection by the flex circuit 36 to receive operator inputs of the system 20 and firing signals generated by the controller portion 28. In addition, the body 98 serves to place the printhead orifice plate 35 over an ink mixing portion such as the mixing cup 45 and, in a broad sense, accurately meteres one or more fluids dispensed by the cartridge 32. Work to supply. In a more detailed example in the airbrush situation, the body 98 also serves to couple this mixing portion or chamber provided by the cup 45 with a fluid distributor, in this example the

nebulizers

42,90.
[0022]
With respect to color selection, the color of the fluid droplets 25 dispensed by the

airbrushes

30, 30 ′ is determined by the proportion of ink emitted as pure fluid 40. In practice, the illustrated airbrush system 20 shows a separate manual color input selection device 70, shown as a joystick device, but in some embodiments it may be desirable to incorporate color selection functionality into the body 98. Yes, its color selection function is shown in this example as an integrated color input selection device 100 and can operate in the same manner as previously described with respect to device 70. In such an embodiment, by using the implemented color selection device 100, for example, the droplet generation controller 50 can be programmed as an integrated circuit, more preferably an application specific IC (ASIC) 102 or in the field. By providing as a gate array, the droplet generation controller 50 can be incorporated into the inkjet airbrush 30 and supported by the body 98.
[0023]
In practice, a small portable unit or airbrush head can be obtained by mounting the selection device 100 and the controller 102 on or in the main body 98 and by incorporating a power source 24 in the form of a battery, for example, in the main body 98. It can be formed and only requires the attachment of a compressed air supply 22. As a further enhancement, the compressed air source 22 may be supported by the body 98, for example in the form of a small compressed air cartridge similar to that used for air guns and shotguns. Therefore, by mounting both the power supply 24 and the compressed air supply source 22 together with the controller 102 and the color selection toggle device 100 on the main body 98, a completely small airbrush unit is formed.
[0024]
Such a portable airbrush unit can comprise a digital input device that is shown schematically as input device 104 and can be coupled to a separate portable device or other computing device. For example, it may be particularly useful to couple the digital input 104 to a device that displays a color selection chart, such as a pantone book, colorimeter, or other color standard, in which case the color selection is performed on a portable device. It can be done from the selection grid above or entered digitally in numeric or alphanumeric form. Alternatively, input 104 is not a digital input, and input 104 may represent an analog input that uses, for example, one or more rotary knobs to select a desired fluid to be dispensed by printhead 35. In an alternative embodiment, the digital input device 104 may be a numeric rotary wheel input that can be dialed with a numeric or alphanumeric code corresponding to the selected color of the standard color chart. Such a device would be particularly useful in various situations for repairing automobiles, and the vehicle color code may be printed on various name cards or tags attached to the vehicle by the manufacturer. Many. When the digital input 104 is coupled to a computer or other portable computing device, the exact method of coupling the two is known to those skilled in the art by using, for example, electrical cable, fiber optic, infrared technology, etc. This can be achieved in various known ways.
[0025]
With respect to the color mixing surface of the mixing cup 45, the ink or other pure fluid 40 is ejected from the print head 35 and impinges on the mixing surface, so the function of the mixing surface is to allow ink and other fluids to Quickly flow through the funnel-like structure of the mixing cup to the airbrush to disperse before drying. Thus, it may not be desirable for ink or fluid to accumulate too much on the mixing surface before entering the supply port of the internal sprayer 42 or the conduit 85 of the external sprayer 90. For example, when one color enters the airbrush supply port at the bottom of the funnel-shaped mixing cup 45 and another color accumulates at the same time on the adjacent portion of the mixing surface, the color output of the airbrush changes. . The mixing surfaces were made of, for example, stainless steel or plastic, both of which worked properly to allow the ink to mix resistancelessly. During prototype testing, the texture of the inner surface of the mixing cup was varied to determine if the groove in the mixing cup 45 would improve the mixing and flow of ink in the mixing cup. . However, prototype testing did not show that the textured surface was much better than the smooth mixing surface for the dye inks tested, but in other embodiments using other fluids, the groove It can be seen that the carved or textured inner surface is more satisfactory than a smooth surface.
[0026]
In order to accurately dispense liquid in this manner, more specifically, a more specific use case for mixing a plurality of liquids is shown in the form of an inkjet airbrush system 20. Two examples of airbrush technology are shown: the internal sprayer 42 of FIG. 1 and the external sprayer 90 of FIG. Further research by the inventor reveals that the concepts described herein allow various equivalent sprayers to be used in place of the

sprayers

42, 90 in making an inkjet airbrush such as 30 or 30 '. It was.
[0027]
There are various types of common spraying methods that can be used in place of the

sprayers

42, 90 and can be incorporated into an inkjet airbrush system. One of the first common atomization methods is known as a two-fluid atomizer. The inner airbrush 42 and the outer airbrush 90 fall into this two-fluid sprayer category, where one fluid is inkjet ink and the other fluid is air from the compressed air source 22. Another type of nebulizer that may be suitable in some inkjet airbrush embodiments is a rotary atomizer that atomizes without the need for an external air pump. Rotating atomizers generally provide a spray pattern that extends 360 ° rather than an accurate beam of fluid droplets 25, which is useful for painting inside pipes, storage tanks, and the like. Another type of suitable sprayer is a pressure sprayer that operates in a manner similar to automotive fuel injectors and airless coating systems. Because the nebulizer is pressurized, the pressure of the fluid is high enough and the diameter of the nozzle outlet is small enough that the discharged fluid becomes a mist when it comes into contact with air. Two other common methods of atomization are ultrasonic spraying, commonly used for medical purposes, and electrostatic spraying, commonly used for paint sprayers. Some of such spray mechanisms and spray methods are described by Arthur H., published by Hemisphere Publishing, USA. Considered in a book entitled “Atomization and Sprays” by Leftebvre. The Lefbvre book shows a variety of different atomizers that are equivalent to the

atomizers

42, 90, but instead of the

atomizers

42, 90, other atomizers and others that produce a spray of fluid droplets 25 from the liquid fluid 40 It is clear that the device can be used.
[0028]
The color output of the

airbrush

30, 30 ′ can be determined by the amount of ink that is fired into the mixing chamber 46 from the respective color reservoir in the cartridge 32. The compressed air supply 22 is activated when ink is fired into the mixing chamber 46, and the mixed ink is sent out of the chamber and into the airbrush nozzle 44 or opening 96, where the fluid is atomized, It is then preferably discharged as a droplet 25. If the air supply 22 is not activated during the release of the pure fluid 40, the ink may fill up the mixing cup 45 and stain the interior of the airbrush body 98. In order to prevent this situation, the

controllers

50, 102 adjust the operation of the air supply 22 with the firing signal 38 to avoid this spill situation. However, spill problems may occur when the amount of ink 40 flowing into the mixing chamber 46 is greater than the amount of ink flowing out of the nozzles 44 or openings 96. Therefore, by balancing the ink flow, air flow, and nozzle geometry, this spill problem can be satisfactorily solved. For example, in the prototype, the nozzle 44 geometry and the air flowing through the conduit 88 were adjusted to prevent ink from overflowing the mixing chamber 45.
[0029]
The inkjet airbrush system 20 uses the individual operator inputs and controller section 28 or the implemented

inputs

100, 104 to allow the user of the airbrush 30, 30 'to obtain the desired color output 25. Can be selected and generated quickly. Furthermore, the smaller the amount of space that the ink travels from the print head 35 to the outlet of the spray nozzle 44, the faster the color change that is achieved. The range of colors to select is based on the contents of the fluid reservoir 34 inside the cartridge 32. Furthermore, regardless of whether

manual input devices

64, 70, 100, 104 are used or the scanner 65 and computer 60 are used, the conventional airbrush does not require manual mixing of colors as in the past. Colors can be adjusted, saving a lot of time. In addition, color mapping from the ink supply material in the cartridge 32 to the airbrush outputs 44 and 96 enables color selection from the computer screen 62. After selecting a color, the mapping unit 52 determines the base color ratio required to generate the desired color. In this way, digital and accurate metering is achieved using the ink jet cartridge 32 and color reproduction superior to other previous airbrush technologies is achieved.
[0030]
As mentioned above, another or non-artistic use of the airbrush system 20 is to accurately meter multiple fluids for mixing or to meter a single fluid. It will be appreciated that in the illustrated embodiment, inkjet ink is used for convenience only, and other fluids can be mixed and released using the airbrush system 30, 30 '. For example, the airbrush 30, 30 'can be used to properly dispense various epoxy-type compounds having fluids and reagents that form a mixture that changes properties over time until mixed when cured. In such systems, curing begins as soon as the fluid and reagent are mixed, and there is a strong need to quickly add fluid droplets 25 after discharging the pure fluid 40 into the mixing cup 45. In some gluing or bonding embodiments, it may be desirable to include a third operation, such as an ultraviolet curing step, to delay the curing of the mixture while moving through the

sprayers

42,90.
[0031]
Of course, as yet another modification, the inkjet airbrush 100 can be modified to be an airbrush color mixer, for example, by placing the mixing cup 45 in a conventional airbrush painting reservoir. Such an embodiment may be particularly effective when only a small amount of colorant is required, such as when applying or applying an abrasive to the fingernail. Alternatively, the airbrush 42 can be designed with a small ink reservoir that is removable from the mixing cup 30 to greatly enhance operability with a smaller and lighter applicator. As yet another alternative, the cartridge 32 may be removable from the mixing cup 45 while in use, while the mixing cup 45 remains attached to the sprayer 42.
[0032]
In addition, the precise color mixing application provided by the inkjet airbrush system 20 allows for two, for example, when two people are working on a project using two different inkjet airbrushes. Separate ink jet airbrushes can accurately provide the same color output. Furthermore, by using a small mixing surface within the mixing cup 45, different inks can be quickly aligned and promote resistanceless mixing when the ink falls by gravity onto the conical wall of the mixing cup 45. Furthermore, in the mixing cup 45, the ink is pulled together towards the outlet at the bottom of the mixing cup due to the surface tension of the liquid. In practice, the liquid surface tension of the fluid in the mixing cup 45 combined with the suction provided by the nebulizer 42 may actually be greater than gravity, and the user can remove the overhead object without spilling. Can be painted. In this manner, minimal ink is wasted and only the ink needed to apply to the object 26 is mixed and used, thereby providing the consumer with a long-lasting cartridge 32. In addition, since the inkjet airbrush 30, 30 'does not meter or control the ink flow rate using mechanical devices such as needle valves, mechanical levers, motors, etc., the inkjet airbrush 30, 30' Less complex than an airbrush system. Further, as described above, since it has been found through tests that both the textured surface and the smooth surface of the mixing cup 45 have no obvious difference in performance, the smooth surface is preferable because it is easier to clean than the textured surface. Finally, the amount of cleaning required is minimized because fewer components of the

inkjet airbrush

30, 90 are actually wetted by the fluid dispensed from the printhead 35.
[0033]
Accordingly, a variety of different modifications can be made to the fluid application system, and its application may be applications other than mixing or painting ink jet inks and within the scope of the appended claims.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial schematic view of one form of an inkjet airbrush system that uses an internal sprayer with several different operator input systems.
FIG. 2 is a top view of one form of operator input mechanism taken along line 2-2 of FIG.
FIG. 3 is an enlarged partial cutaway front view of an alternative inkjet airbrush system having an external sprayer that can be used in the system of FIG.
[Explanation of symbols]
25 Fluid
26 Object
30, 30 'airbrush mechanism
34 Fluid reservoir
35 Printhead
38 Fire signal
40 fluids
42, 90 nebulizer
45 Structure
46 Mixing chamber
98 body
102 controller

Claims

A print head that selectively releases fluid in response to a firing signal;
Said order to receive and mix the released fluid from the printhead, the mixing chamber released fluid that has a funnel-shaped mixing surface impinging from said print head,
An airbrush mechanism comprising: a sprayer configured to atomize the mixed fluid from the mixing chamber and discharge the atomized fluid.

The airbrush mechanism according to claim 1, further comprising a main body accommodating the print head and the mixing chamber.

Said sprayer, said the outlet of the mixing chamber to release the mixture fluid, air brush mechanism according to an external atomizer der Ru claim 1 which is to pass compressed air injected from the nozzle.

It said atomizer, the fluid that the mixing from the mixing chamber, airbrush mechanism according to the internal sprayer der Ru claim 1 which is adapted to inject the compressed air supplied from the nozzle.

The airbrush mechanism according to claim 1, wherein the print head is a thermal ink jet print head.

The airbrush mechanism according to claim 1, wherein the print head is a piezoelectric ink jet print head.

The airbrush mechanism of claim 1, wherein a controller is adapted to generate the firing signal.

Generating a firing signal; and
Discharging fluid from a fluid discharge head in response to the firing signal;
Colliding the fluid discharged from the fluid discharge head against a funnel-shaped mixing surface in a mixing chamber ; and
Atomizing the mixed fluid; and
Propelling the atomized fluid onto the object, and applying the fluid onto the object.

9. The method of claim 8, further comprising the step of housing the print head and mixing chamber within the body.

9. The method of claim 8, further comprising housing the mixing chamber and the nebulizer within the body.

9. The method of claim 8, further comprising the step of housing the print head, mixing chamber and atomizer within the body.

The method of claim 8, wherein generating further comprises generating the firing signal in response to an operator input device.